以太坊开发者指南（二）：开启交易的钥匙

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以太坊开发者指南（二）：开启交易的钥匙

欢迎回归！在本系列的第一部分中，我们通过与模拟以太坊网络的交互，深入探讨了诸多核心概念。现在，您应该对以下基本问题有了初步的认识：

什么是区块链，区块中包含哪些内容？
什么因素使得以太坊实现去中心化？
什么是以太（Ether），为何它是网络不可或缺的组成部分？

在本文中，我们将基于这些基础知识，进一步探讨它们对开发者的实际影响。如果您错过了第一部分或需要回顾，请务必返回查阅。

探索：账户

我们将从账户入手，深入剖析如何与以太坊网络进行交互。值得注意的是，以太坊账户与Web 2.0时代的账户存在显著差异。

注： “Web 2.0”一词最初用于描述引入用户生成内容（如社交媒体和博客）的互联网时代。而以太坊及其他去中心化技术则被视为下一代互联网——Web 3.0的基石。Web3的缩写已被Web3.js、web3.py等库及生态系统中的其他部分广泛采用。

Web2与Web3的对比

在当今的互联网环境中，账户几乎无处不在。从社交媒体应用到新闻网站，从快递服务到零售商和航空公司，无一不要求用户创建账户。然而，这些账户均存储在公司的服务器上，用户必须遵守相应的条款和条件、隐私政策及安全措施。更糟糕的是，用户账户可能因公司决策而被冻结、删除、审查或修改。

Web3则带来了账户管理的全新范式：您，且仅您，拥有对以太坊账户的绝对控制权。创建账户时，无需任何公司授权，且账户可随您在不同应用间自由迁移。事实上，创建以太坊账户根本无需与以太坊区块链进行交互。接下来，让我们通过实践来验证这一点。

注意：本练习仅供学习之用。除非您充分了解安全隐患，否则请勿在账户中存储实际资产。某些错误可能无法挽回！更多背景信息将在后续介绍。

创建账户

账户生成

w3 = Web3()
acct = w3.eth.account.create()
print(acct.address)  # 输出示例：'0xE51212f7D68f95600b502409E0f6ceD19c7a8ff8'
print(acct.key)      # 输出示例：HexBytes('0x1b8ef920a15719317a4123ab7b8821c7a77d0d2641aa5cc74c77160617015787')

操作如此简单！无需注册，也无需与区块链或任何服务器进行交互。事实上，即使您完全断开网络连接，依然可以创建有效的以太坊账户。

在上述代码中，您会发现一个账户由两部分组成：一个公共地址和一个私钥。简而言之，私钥是账户的“密码”，而公共地址则是从私钥派生出来的、可共享的账号标识。如代码示例所示，两者通常均以十六进制数字表示。

使用账户

一个关键要点是：影响区块链更改的唯一途径是通过交易，且每笔交易都必须由账户签名。账户可发起多种交易，如转移以太币、部署智能合约或与合约交互以执行铸造新代币等操作。接下来，我们将简要探讨这三种交易类型。

转移以太币

回想一下，EthereumTesterProvider提供了一个包含账户和虚假以太币的测试环境。让我们先查看一些测试账户及其余额：

w3 = Web3(Web3.EthereumTesterProvider())
print(w3.eth.accounts)  # 输出测试账户列表
acct_one = w3.eth.accounts[0]
print(w3.eth.get_balance(acct_one))  # 输出账户余额

接下来，我们创建一个新账户：

acct_two = w3.eth.account.create()
print(acct_two.address, acct_two.key)  # 输出新账户的地址和私钥

然后，我们将一些虚假以太币发送到新账户：

tx_hash = w3.eth.send_transaction({
    'from': acct_one,
    'to': acct_two.address,
    'value': Web3.to_wei(1, 'ether')
})

这笔交易将立即执行，但一些关键细节被隐藏了。web3.py足够智能，它知道EthereumTesterProvider正在管理acct_one，并且我们正在使用测试环境。为了方便起见，acct_one处于“解锁”状态，这意味着该账户的交易默认会被批准（签名）。

那么，如果不是来自解锁账户，交易会是什么样子呢？为了解答这个问题，让我们从acct_two（一个不受EthereumTesterProvider管理的账户）发送一些以太币。这个更手动的过程需要三个步骤：1）指定交易详细信息，2）签署交易，然后3）将交易广播到网络。

tx = {
    'to': acct_one,
    'value': 10000000,
    'gas': 21000,
    'gasPrice': w3.eth.get_block('pending')['baseFeePerGas'],
    'nonce': 1
}
signed = w3.eth.account.sign_transaction(tx, acct_two.key)
tx_hash = w3.eth.send_raw_transaction(signed.raw_transaction)

让我们分解一下这个过程。第一步，定义一个包含所需交易字段的Python字典。我们在第一部分中简要了解了gas（交易费），但nonce可能是一个新概念。在以太坊中，nonce只是账户的交易计数。以太坊协议会跟踪这个值，以防止双花。

由于这是acct_two发起的第一笔交易，其nonce值为零。如果您提供错误的值，则结果为无效交易，并会被web3.py拒绝：

ValidationError: Invalid transaction nonce: Expected 1, but got 4

请注意，从acct_one发送交易时仍然需要一个随机数，但EthereumTesterProvider会跟踪管理账户的交易计数，并将适当的随机数添加到新交易中。

您可能注意到的另一个细节是tx中缺少from值。在这种情况下，sign_transaction方法可以根据发送者的私钥推断出其地址。同样，公共地址可以通过私钥推导出来，但私钥无法通过公共地址进行逆向工程。

最后，“原始”交易只是以字节形式表示的交易数据和签名。在底层，send_transaction执行与send_raw_transaction相同的编码。

部署智能合约

智能合约的完整介绍将在单独的博客文章中详细阐述，但这是一个很好的机会来提前了解一下。与智能合约的交互看起来与标准交易非常相似。

简而言之，智能合约是运行在以太坊区块链上的程序，任何人都可以使用。当您准备部署智能合约时，您需要将代码编译为字节码，并将其作为data值包含在交易中：

bytecode = "6080604052348015610...36f6c63430006010033"

tx = {
   'data': bytecode,
   'value': 0,
   'nonce': 0,
   # ...
}

除了需要更多gas之外，合约部署交易的唯一区别是没有to字段。其余流程与标准的ETH转账相同。

与智能合约交互

使用已部署的合约只是同一交易格式的另一种变体。在这种情况下，to值指向已部署合约的地址，而data值将根据正在执行的合约方法的输入而变化。

请注意，web3.py等工具提供了用于部署和与合约交互的更直观的界面：

# 与已存在合约交互:
myContract = web3.eth.contract(address=address, abi=abi)
twentyone = myContract.functions.multiply7(3).call()
    
# 部署新合约:
Example = w3.eth.contract(abi=abi, bytecode=bytecode)
tx_hash = Example.constructor().transact()

签名消息

交易是影响区块链状态的唯一途径，但并非账户的唯一用途。仅仅证明某个账户的所有权本身就很有用。

例如，以太坊市场OpenSea允许您通过使用您的账户签名消息来竞标待售物品。只有当拍卖到期或卖家接受您的出价时，才会进行实际交易。同样，该应用程序在向您显示一些账户详细信息之前，也会使用签名消息作为一种身份验证形式。

与交易不同，签名消息无需任何成本。它们不会广播到网络，也不会被打包到区块中。消息只是用私钥签名的一段数据。正如您所料，发送者的私钥是隐藏的，但接收者可以通过数学方法证明发送者的公开地址。换句话说，消息发送者无法被伪造。

注意： “链上”和“链下”这两个术语是指数据是否位于以太坊区块链上。例如，智能合约状态在链上管理，但消息签名在链下进行。

我们将在以后的文章中深入探讨消息签名，但这里有一些伪代码可以让您了解工作流程：

# 1. 编写消息
msg = "amanaplanacanalpanama"

# 2. 使用账户的私钥签名
pk = b"..."
signed_message = sign_message(message=msg, private_key=pk)

# 3. 发送`signed_message`

# 4. 消息接收者解码发送者的公共地址
sender = decode_message_sender(msg, signed_message.signature)
print(sender)
# 输出示例：'0x5ce9454...b9aB12E'